一种正四方块体立方相Bi2O3微晶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种正四方块体立方相Bi2O3微晶及其制备方法，先将铋盐溶液和钒盐溶液按1:1的摩尔比混合，然后加入NaOH溶液，在室温下搅拌反应释放出氨气，得到前驱液，再使前驱液进行水热反应，反应完后将反应产物洗涤、干燥，即得到正四方块体立方相Bi2O3微晶。本发明专利技术通过控制NaOH溶液的加入量达到了控制产物形貌的目的，制得了纯立方相的正四方块体状Bi2O3微晶，该方法具有反应时间短、流程少、操作工艺简单、反应条件温和、成本较低、环境友好等优点。本发明专利技术制得的Bi2O3微晶具有良好的离子电导、空穴传导以及光氧化反应的潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。

A regular tetragonal block cubic phase Bi

The invention provides a regular square block cubic phase Bi

【技术实现步骤摘要】
一种正四方块体立方相Bi2O3微晶及其制备方法
本专利技术属于功能材料领域，涉及一种正四方块体立方相Bi2O3微晶及其制备方法。
技术介绍
Bi2O3因带隙能可调性、高性能氧离子电导以及具有多种晶型等特性被广泛应用于光学薄膜、光伏电池、燃料电池、化学传感器以及催化等领域。Bi2O3作为一种重要的功能材料，因具有禁带宽度较窄(2.8eV左右)、氧空位多、光导特性良好等优点，使其对太阳光有较高的利用率、氧化能力强，是一种具有可见光响应的半导体光催化材料。常温下Bi2O3呈现淡黄色，溶于酸，不溶于水和碱，其熔点和沸点分别为824℃和1890℃。通常状况下Bi2O3主要存在四种晶型，分别为单斜晶相的α-Bi2O3、正方晶相的β-Bi2O3以及体心立方晶相的γ-Bi2O3和面心立方晶相δ-Bi2O3，对应的带隙值分别为2.84eV、2.75eV、2.68eV、2.58eV，这种低带隙能有利于增强对可见光的吸收和利用。不同晶体结构的Bi2O3其物理性质有所不同，其中单斜相α-Bi2O3为室温相，在730℃以下稳定存在，δ-Bi2O3为高温相，在730℃以上直到825℃范围内可以稳定存在。而在650℃以下则会出现β-Bi2O3和α-Bi2O3两种亚稳态相。此外，立方相Bi2O3中含有大量的氧空位，具有很高的离子电导率。通过UV-Vis漫反射光谱发现其在可见光区具有较强吸收，并且Bi6s和O2p杂化组成的价带更为分散，有利于光生空穴移动和光氧化反应的进行，具有很好的应用潜力。纳米材料的研究现状表明，纳米材料的性能与其形貌、晶相、尺寸、尺寸分布、暴露晶面以及合成方法紧密相关。目前，形貌各异的Bi2O3相继被报道，如薄膜、纳米颗粒状、纤维状、片状、管状、花状、棒状等，获得了不同的性能。目前Bi2O3的主要合成方法有：固相法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热合成法、喷雾燃烧法、微波法等。除以上的常用制备方法外，文献还报道了其他的制备方法，如等离子体法、多元醇介质法、脉冲激光沉积法、电化学法等。这些制备方法有的尚不成熟，还处于实验室研究阶段，有的具备一定的优势和特点，但仍有其自身的缺陷需改进。如何制备出产品纯度高、均匀性好、晶粒粒度小的Bi2O3粉体，值得深入研究和发展。迄今为止，利用水热法制备出正四方块体立方相Bi2O3微晶的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过水热法制备正四方块体立方相Bi2O3微晶。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正四方块体立方相Bi2O3微晶及其制备方法，该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的Bi2O3纳米单微晶呈正四方块状，形状规整，表面光滑，具有良好的研究价值和应用前景。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于去离子水中，搅拌均匀，得铋盐溶液；将NH4VO3溶于去离子水中，搅拌均匀，得钒盐溶液；步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V＝1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；步骤3，向AmL混合液中加入BmLNaOH溶液，室温下搅拌反应并放出氨气，得到前驱液，其中A:B＝20:(10～20)；步骤4，将前驱液倒入水热反应釜中，在180～220℃下水热反应6～12h，反应完后自然冷却至室温，将反应产物洗涤、干燥，得到正四方块体立方相Bi2O3微晶。所述步骤1中铋盐溶液和钒盐溶液的浓度均为0.1～0.15mol/L。所述步骤2中在混合时铋盐溶液和钒盐溶液的体积比为1:1，且铋盐溶液和钒盐溶液的摩尔浓度相同。所述步骤3中NaOH溶液的浓度为3.5～4.5mol/L。所述步骤3中搅拌反应的时间为25～35min。所述步骤4进行前，先向CmL前驱液中加入去离子水，使前驱液的体积定容为DmL，其中C:D＝(30～40):45。所述步骤4中将前驱液倒入水热反应釜中，水热反应釜的填充率为75～80％。所述步骤4中用无水乙醇和去离子水洗涤反应产物，再在70～80℃下干燥10～12h。所述的正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法制得的正四方块体立方相Bi2O3微晶，该Bi2O3微晶的晶型为立方相，沿(310)和(321)晶面取向生长，其空间结构群为I23(197)；该Bi2O3微晶的形貌为正四方块体形，其棱长为2～4um。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法，先将铋盐溶液和钒盐溶液按1:1的摩尔比混合，然后加入NaOH溶液，在室温下搅拌反应释放出氨气，得到前驱液，再使前驱液进行水热反应，反应完后将反应产物洗涤、干燥，即得到正四方块体立方相Bi2O3微晶。本专利技术采用传统的水热法，通过控制NaOH溶液的加入量达到了控制产物形貌的目的，制得了纯相的沿(310)和(321)晶面取向生长的正四方块体立方相Bi2O3微晶，该方法反应时间短，反应条件温和，工艺流程及操作简单，成本低且绿色无污染，是一种简洁、绿色的Bi2O3微晶的制备方法。本专利技术成功制备了正四方块体立方相Bi2O3微晶，制得的Bi2O3微晶的形貌呈正四方块体状，形状规整、表面光滑、分散均匀、无团聚现象，且表面积大，有利于和其他物质复合，使其性能能够统一发挥，达到其高效的使用目的。并且本专利技术制得的Bi2O3微晶为纯相，结晶度高且发育良好，有利于实现其活性晶面的优势性能发挥。本专利技术制得的Bi2O3微晶的晶型为立方相，空间结构群为I23(197)，具有良好的离子电导、空穴传导以及光氧化反应的潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。附图说明图1是本专利技术制备的正四方块体Bi2O3微晶的XRD衍射图谱；图2是本专利技术制备的正四方块体Bi2O3微晶的SEM图。具体实施方式下面结合附图和本专利技术优选的具体实施例对本专利技术做进一步描述，原料均为分析纯。实施例1：步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.13mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于10mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.13mol/L的钒盐溶液；步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V＝1:1的摩尔配比混合(铋盐溶液和钒盐溶液各10mL)，搅拌均匀，得到20mL混合液；步骤3，向20mL混合液中加入10mL浓度为4mol/L的NaOH，搅拌反应30min，放出氨气，得到30mL前驱液；步骤4，向30mL前驱液中加入15mL的蒸馏水，使前驱液的体积定容为45mL；步骤5，将定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应12h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在70℃下干燥12h，得到正四方块体立方相Bi2O3微晶。实施例2：步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.15mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于10mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.15mol/L的钒盐溶液；步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V＝1:1的摩尔配比混合(铋盐溶液和钒盐溶液各10mL)，搅拌均匀，得到20mL混合液；步骤3，向20mL混合液中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正四方块体立方相Bi

【技术特征摘要】
1.一种正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于去离子水中，搅拌均匀，得铋盐溶液；将NH4VO3溶于去离子水中，搅拌均匀，得钒盐溶液；步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V＝1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；步骤3，向AmL混合液中加入BmLNaOH溶液，室温下搅拌反应并放出氨气，得到前驱液，其中A:B＝20:(10～20)；步骤4，将前驱液倒入水热反应釜中，在180～220℃下水热反应6～12h，反应完后自然冷却至室温，将反应产物洗涤、干燥，得到正四方块体立方相Bi2O3微晶。2.根据权利要求1所述的正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中铋盐溶液和钒盐溶液的浓度均为0.1～0.15mol/L。3.根据权利要求2所述的正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法，其特征在于：所述步骤2中在混合时铋盐溶液和钒盐溶液的体积比为1:1，且铋盐溶液和钒盐溶液的摩尔浓度相同。4.根据权利要求1所述的正四方块体立方相Bi2O3微晶的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：任慧君，王琛，谈国强，赵程程，许驰，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61